Der Landkreis Ostallgäu liegt im Südosten des bayerischen Regierungsbezirks Schwaben. Die kreisfreie Stadt Kaufbeuren ist ganz vom Landkreis Ostallgäu umgeben.

Das Gebiet des Landkreises Ostallgäu umfasst im Süden die Alpen sowie deren Vorland. Im Norden schließt sich die schwäbisch-bayerische Hochebene an. Hier liegt bei Lamerdingen mit 578 m der niedrigste Punkt des Landkreises. Das alpine Gebiet zieht sich hinauf zur Hochplatte (2082 m) in den Ammergauer Alpen.